Тестирование производительности подсистемы памяти и кэша

4. Какую команду нужно ввести в поле «Выполнить» чтобы посмотреть список автозагрузок?

5. Перечислите основные корневые разделы системного реестра.

Практическая работа №5

Под термином «подсистема памяти» понимается связка «процессор-чипсет-память». Сюда входит блок ввода-вывода процессора, канал межпроцессорного обмена и кон­троллер памяти с самими модулями памяти. Система кэширования, состоящая из кэшей нескольких уровней, обычно первого и второго, обеспечивает поддержу кэширования в процессоре.

Давайте в первую очередь вспомним, от каких факторов зависит производительность оперативной памяти. Естественно было бы основным фактором производительности оперативной памяти назвать ее пропускную способность, т.е. количество мегабайт в секунду, которое способна считать (записать) оперативная память. Разумеется, пропу­скная способность оперативной памяти напрямую зависит от частоты работы чипов памяти и от ширины шины, связывающей память и процессор, и обычно определяется как произведение ширины шины на частоту работы памяти. Например, при ширине шины 64 бита (8 байт) и частоте работы памяти 100 МГц, пропускная способность со­ставляет 8 байт х 100 МГц = 800 Мбайт/с.

Но пропускная способность - не единственный фактор, определяющий производитель­ность подсистемы памяти. Важнейшим параметром также является время доступа, т.е. временная задержка между запросом на выдачу какой-либо информации из памяти и ее реальной выдачей.

Какая память лучше: с малой задержкой и малой пропускной способностью или с большой задержкой и большой пропускной способностью? Однозначного ответа на этот вопрос, конечно, быть не может. Если конкретная программа работает с большими массивами не­прерывных данных, т.е. лишь однажды получает доступ, а затем линейно считывает, то для такой программы оптимальна память с большой пропускной способностью. А если программа оперирует малыми блоками данных, т.е. постоянно получает доступ к разным областям памяти и понемногу читает из каждой области, то оптимальна память с малым временем доступа, а пропускная способность имеет меньшее значение. Так как обычно на компьютере исполняются разные приложения, то очень трудно найти компромисс.

В общем случае, естественно, необходимо стремиться к тому, чтобы и время доступа и пропускная способность памяти были оптимальными.

Теперь разберемся с тем, какую роль играет кэширование. Кэширование операции чтения (спекулятивное чтение) не может ускорить доступ к внешней памяти выше то­го, что может сама подсистема памяти, оно убирает паузы в обмене. Кэширование за­писи (отложенная запись) может несколько замаскировать время операции записи при том условии, что эти операции будут редки. Отложенная запись называется так пото­му, что сама операция физической записи на диск может быть отложена на некоторое время и выполниться позднее. Данные, предназначенные для записи, временно сохра­няются в кэше. Причем, в выполняемую программу сразу посылается признак о за­вершении операции записи. Это позволяет программе не тратить время на ожидание завершения операции ввода-вывода. При постоянной записи или при переписывании кэширование записи только затормаживает процесс. Причем, чтение по случайным адресам вообще невозможно ускорить кэшированием, в отличие от записи, которая может выполняться в то время, когда контроллер памяти будет не слишком занят.

Таким образом, если программа не часто записывает, то сами операции записи в па­мять выполняются прозрачно, не останавливая процессор для ожидания окончания операции ввода-вывода. Проблемы возникают, когда программа начинает записывать слишком часто. При этом отложенная запись «съедает» место в кэше, и подсистема памяти не знает, когда лучше перейти от незаметной к постоянной записи, которая уже никак не будет невидимой и будет «тормозить» процессор, точнее, его блок ввода-вывода.

Как и по каким правилам будет выполняться запись, если программе требуется делать это часто, - целиком зависит от аппаратной реализации подсистемы памяти. В руках программиста очень мало средств повлиять на этот механизм. Можно поменять прин­цип кэширования или отключить его вовсе для какого-либо региона или всей памяти, но это малоэффективно и редко используется. В SSE появились команды прямой запи­си в RAM минуя кэширование. Эффективность может составлять до 30% (по данным AMD) из-за того, что кэш не засоряется.

Спекулятивность чтения заключается в чтении памяти блоками, равными размеру стро­ки кэша, и попытке начать операцию чтения следующего блока сразу по завершении ввода текущего. Как правило, программа читает и исполняет последовательные ячейки памяти. Но это «как правило» и в этом может быть больше вреда, чем пользы. Операция чтения с участием кэша выполняется аналогично записи, только «наоборот». Если про­цессору потребовались данные и их не оказалось в кэше, то посылается запрос на чтение в контроллер памяти. После получения этого запроса контроллер формирует адрес и начинает последовательное чтение блока данных из внешней памяти. Не дожидаясь окончания чтения блока, контроллер начинает посылку данных в процессор по мере счи­тывания. При поступлении в процессор они автоматически копируются в кэш. И сразу возникает проблема - размер кэша не бесконечен и при поступлении новых данных при­ходится выкидывать старые. А если это были данные отложенной записи, и они не были записаны? Естественно, эти данные обязательно надо записать, но, пока идет чтение, это не возможно. Возникает еще один конфликт: контроллер внешней памяти не может вы­полнять чтение и запись одновременно. Приходится решать проблему первоочередности операций. Но записывающая программа решить такую проблему не может, сказав «брось все, записывай». Это решается на уровне контроллера.

Тестирование производительности подсистемы памяти и кэша в SiSoftware Sandra вы­полняется двумя модулями: Тест пропускной способности памяти (Memory Bandwidth Benchmark) и Тест кэш и памяти (Cache & Memory Benchmark).